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电气电子毕业设计论文
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毕业设计106高频小信号谐振放大器,电气电子毕业设计论文
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高频小信号谐振放大设计 设计 老师 : 曹才开 教授 设计班级 : 电信系 通信 0501班 设计人 ：罗杰 学号 ： 405050138 设计成员 : 罗杰 张泽亮 丁在明 设计时间 : 2007 6 13 nts 2 设计任务说明 一、设计目的 1. 了解 LC 串联谐振回路和并联谐振回路的选频原理和回路参数对回路特性的影响； 2. 掌握高频单调谐放大器的构成和工作原理； 3. 掌握高频单调谐放大器的等效电路、性能指标要求及分析设计； 4. 掌握高频单 调放大器的设计方案和测试方法。 二、主要技术指标及要求 1. 技术指标 1) 放大器的工作 频率 ： ； 2) 电压增益 ： 20dB 或 30dB； 3) 通频带 ； ； 2. 设计要求 1) 设计一个单级、双级小信号调谐放大电路； 2) 设计一个双调谐共发射极谐振放大器； 3) 要求绘出原理图，并用 Protel 画出印制板图； 4) 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； 5) 在万用板或面包板上制作一个单级（或双级）小信号调谐放大电路； 6) 拟 定测试方案和设计步骤； 7) 写出设计报告。 o . BW MHz 7.2 = f 300 MHz nts 3 前 言 随着时代的发展和对学生个方面能力的要求，大学生不仅需要掌握基本理论知识，而且还需要掌握基本实验技能和具一定的实验动手能力。通过实验不仅可以巩固、加深对理论知识的理解，而且可以培养学生独立分析问题、解决问题的能力和严谨的工作作风，为以后的工作打下一定的基础。 高频电子线路课程是大学学习阶段一个非常重要的实践性教学环节。它是在学生学完高频电子线路后，在老师的指导下，独立完成某一具体的课题。通过课程设计达到培养学生具备一种专业技术能力和综合性理论 水平，培养学生运用课程中所学到的理论与实际相结合，独立地解决实际问题能力的目的。 现代高频电子线路课程设计，需要利用现代化的设计工具、方法和手段，设计由若干单元电路组成的小型电子系统。 随着集成电路技术，计算机应用的发展以及在系统可编程技术的迅速发展，对高频电子线路或系统的设计也产生了重大的影响。 总而言之，课程设计的设计方法及实例主要来源于高频电子线路课程的基本知识，其设计方法主要沿用电子电路的设计方法。同时，利用 EWB 电子线路仿真平台， Protel99 电路设计等软件工具进行辅助电路设计，分析，仿真和实现 。 我们同组同学的相互努力下，本次实验取得了圆满成功，但由于我自身的知识水平和能力有限，实验中还存在很多不足之处，敬请老师和同学们提出宝贵的意见。 罗杰 2007 年 6 月 nts 4 目录 前言 3 高频小信号调谐放大器设计 . 5 设计目的 5 技术指标和 设计要求 6 电路调测 6 设计原理 6 电路设计 7 仿真调测 8 总体的电路方案 9 各个部分分析及功能 13 设计结果与调试 22 设计心得体会 /24 附录 .25 参考文献 27 鸣谢 28 nts 5 一、 高频小信号调谐放大器设计 一 设计 目的： 1、 高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大器的分类 ： 按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器 ; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器 ; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器 ; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器 ; 其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收 端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用 LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。 2、 掌握高频小信号调谐放大器的工程设计方法，谐振回路的调谐方法，放大器各项主要性能指标的测试方法。 3、 了解 LC 串联谐振回路和并联谐振回路的选频原理和回路参数对回nts 6 路特性的影响 ； 4、掌握高频小信号调谐放大器的构成和工作原理； 5、掌握高频小信号调谐放大器的等效电路、性能指标要求及测试方法； 6、掌握高频小信号调谐放大器的设计方案和测试方法； 二 技术指标 和设计要求 设计 指标 ： 1、 高频小信号调谐放大器 谐振频率 f0=10.7MHz; 2、 谐振电压放大倍数 Ao=20dB 或 30dB,通频带 BW=8Hz; 3、 矩形系数 Kr0.1R因此有： 则并联回路两端电压为： 所以，当 C=1/ L时 Vm有最大值，即回路谐振时输出电压最大。 实际制作中对基本电路的改进： 由于高频电路放大电路常常会自激振荡，也容易受各种因素的干扰，并且各级间很难实现阻抗匹配，所以要对基本电路进行适当的改进。 放大器内部电路的改进及理论依据： 如图 -5所示，增加 Re1形成交流负反馈，用以改变放大倍数 和改善输出波形，由于电源内阻容易影响高频电路的工作，所以电源下端要接 LC型网络作为电源去偶电路，以减少干扰，提高放大器的性能。另外还要特别注意的是，高频电路很容易产生自激振荡，所以需要想办法消除，最常用的办法是在 LC谐振回路中串联一小电阻或并联一大电阻，从而减小回路的 Q值，消除自激振荡。 图 - 6 外加射极跟随的高频放大器 nts 16 实际制作过程及谐振频率的快速确定： 高频放大器制作中最关键也是最难的就是选取恰当的电感和电容值，使电路谐振。谐振时有 C=1/ L，通过计算可以确定 LC的值，但实际电路与理论计算往往相差很大，甚至能相差十几倍到几十倍，这就需要一定的操作技巧。以 33MHz放大器为例，经计算得电感为 4.7uH时选用 525pF的可调电容完全可以达到谐振频率，但接好电路后很少能够调到 30MHz。多次实验表明，实际振荡频率一般小于计算的频率，这就要用其它办法来确定放大器的谐振频率。一个比较好的办法就是借助 LC振荡电路来实现谐振。 如图 -7所示，此电路为共基组态的 “考毕兹 ”振荡器，原理不再赘述，下面说明如何利用本电路 :可调电容 Cx选用和放大器电路 中同一规格的，电感Lx是放大器中变压器接入谐振回路的电感值，由于本电路仅由 Lx和 Cx决定，但在实际电路中电容对电路的振荡频率的影响远远 没有电感明显，因而先选定电容（ 520pF可调），则频率为 33MHz时，电感需要 4uH左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的 Q值一定要高，否则高频损耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产，可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频 Q表测量其电感值大小，不断改变其圈数，使 Lx基本达到要求（ 4uH左右），然后把绕制好的电感作为 Lx接入图 -6所示nts 17 的电路 中，再用示波器测量此电路的震荡频率，调节 Cx,看振荡频率是否为33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电感）的圈数，直到其频率为所要求的为止，最后再按照要求的比例（常用 3： 1）来绕变压器的次级线圈。 图 -7 共基组态的 “考毕兹 ”振荡器 。 四、电路参数选择 nts 18 图 -8 调谐放大器高频等效电 路 如图 -8计算出 放大器的技术指标 1.电压增益 根据定义， ，由上图得 从等效关系可知 nts 19 则 放大器谐振时，对应的谐振频率为 则 通常，在电路计算时，电压增益用其模表示，即 可表示为 2. 谐振曲线 放大器的谐振曲线是表示放 大器的相对电压增益与输入信号频率的关系。 nts 20 由 上 式可得 对谐振放大器来讲，通 常讨论的 f 与 f 0 相差不大，可认为 f 在 f 0 附近变化，则 式中， ， 称为一般失谐。 令 ， 称为广义失谐。代入上式得 取模得 nts 21 下图是谐振特性的两中表示 形式：图 2-7放大器的谐振特性 3.放大器的通频带 通频带的定义是 时所对应的 为放大器的通频带。根据定义得 则 故 (2-32) nts 22 4.放大器的矩形系数 矩形系数的定义是 其中， 是 时所对应的频带宽度，即 故 根据矩形系数的定义得 五、 设计 结果与调试 电容对电路的振荡频率的影响远远没有电感明显，因而先选定电容（ 520pF 可调），则频率为 33MHz 时，电感需要 4uH 左右。用一外径较大的磁芯（其中磁芯的 Q 值一定要高，否则高 频损耗太大，放大器就不能放大），然后用漆包线手工绕制电感（若要大批量生产，可把绕好的做样品），绕适当的圈数后再用高频 Q 表测量其电感值大小，不断改变其圈数，使 Lx基本达到要求（ 4uH 左右），然后把绕制好的电感作为 Lx 接入图 -7 所示的电路中，再用示波器测量此电路的震荡频率，调节 Cx,看振荡频率是否为33MHz,若不是，则相应的减少或增加变压器（即接入的电感）的圈数，直nts 23 到其频率为所要求的为止，最后再按照要求的比例（常用 3： 1）来绕变压器的次级线圈。多次的实验表明，用本方法来确定变压器初级线圈的圈数，既准确，又方便 可行，效果很好，一旦把变压器的圈数确定下来，整个高频放大器就很好制作了，同时，也可以把做好的变压器作为样品从而实现大批量的生产制作。 当然，也有其它可行的方法来确定谐振回路的频率，如：可以在放大器输入端加一幅度恒定的信号，然后改变其频率，用示波器观察输出信号在哪一频率下最大，从而找到谐振频率。这一方法思路简单，可行性也较强，但是，如果放大器的工作频率过高，那么许多种类的高频信号源就很难输出恒定的正弦波，频率升高时，信号源的输出电压幅度明显的下降，甚至波形严重失真。在这种情况下，借助于 LC振荡器可以很容易的找 到谐振频率，从而确定变压器初级线圈的电感量及圈数。 六、结论 本文通过对实际电路的分析，结合实际实验，并利用其它电路作为辅助，提出了一种制作高频小信号调谐放大器的有效方法，解决了在制作高频放大器时经常出现的自激振荡、频率难以确定以及电路中各级间阻抗不匹配问题。 nts 24 六 、 设计心得体会 本次课程设计在我们努力下基本达到了预期目的，所制的产品在功能上基本达到了设计要求，而且在工艺上也已经尽可能的做到了经济，美观。在制作中遇到的一些问题，虽然尽大家的能力解决了一些，但还是存在一些缺陷，望老师及读者谅解 。 通过这次课程设计，收获很多，对自己的动手能力有了加强，并有很多体会。第一，巩固和加深了对电子线路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力。第二，通过与实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等环节，初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。第三，增强了动手能力和根据自己所学需要查阅资料的能力，还学会了自己分析和解决问题。第四，使我 在这次课程设计过程中深刻的体会到光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识，所以在课程设计的实践中，我们应将课堂所学与实验课结合起来，锻炼自己的理论联 系实际的能力和实际动手能力。 第五，掌握了比较常用的仪器的使用方法，提高了动手能力。第六， 培养了团队精神和严谨的工作作风 。 nts 25 附录 一 ： 根据电压放大器及双调谐放大器电路原理设计电路图 nts 26 附录二： 双边谐振发生器的 EWB仿真 改进后的高频小信号调谐放大器 nts 27 参考文献 ： 1 谢嘉奎，电子线路 非线形部分（第四版），北京：高等教育出版社， 1996。 2 高吉祥，易凡，丁 文霞，陆珉，刘安芝，电子技术基础实验与课程设计，1北京：电子工业出版社， 2002。 3 郭维芹 . 模拟电子线路实验 . 同济大学出版社， 1985. 4 陆宗逸 . 非线性电子线路实验指导书 . 北京理工大学出版社， 1989. 5 周晓宁 . 音 频 功 率 放 大 电 路 . 中 国 科 技 论 文 在 线(), 2005-08. 6 黄智伟，基于射频收发芯片 NRF403的无线接口电路设计 J，电子技术，2002.4.59-60. 7张义芳，冯建化。高频电子线路 .哈 尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 1998. 8沈伟慈 .高频电路 .西安：西安电子科技大学出版社， 2000 nts 28 鸣 谢 本次课程设计，能够顺利的完成，多亏老师和同学的指导和帮助。 放大器的设计及制作并不是
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